ICP測定多金屬礦樣品中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等7種元素

李慧邦

西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司，西藏昌都 856000

對于多金屬礦中不同金屬元素的測定方法眾多，早期由于科學(xué)技術(shù)與儀器設(shè)備精度的限制而廣泛使用的測定方法包括分光光度法、原子吸收法等，雖然上述測定方法在原理上有所不同，但是其在具體的分析與測定過程中通常需要很長的周期來完成復(fù)雜度較高的測定實(shí)驗(yàn)，同時這些方法在多元素同時測定方面具有很大的局限性，因此，近年來隨著電感耦合等離子發(fā)射光譜法 （ICP） 等新型測定技術(shù)的推出而逐漸淡出金屬元素測定領(lǐng)域。ICP在多金屬礦中多種金屬元素同時測量等領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)越性，其測定準(zhǔn)確度較高、靈敏度較好，能夠非常敏感地檢測出多金屬礦中的金屬含量，在礦產(chǎn)資源調(diào)查與綜合評價中廣泛應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

電感耦合等離子發(fā)射光譜法的工作原理為：高頻電流經(jīng)感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻電磁場，使工作氣體 （Ar） 電離形成火焰狀放電高溫等離子體，等離子體的最高溫度10000K。試樣溶液通過進(jìn)樣毛細(xì)管經(jīng)蠕動泵作用進(jìn)入霧化器霧化形成氣溶膠，由載氣引入高溫等離子體，進(jìn)行蒸發(fā)、原子化、激發(fā)、電離，并產(chǎn)生輻射，光源經(jīng)過采光管進(jìn)入狹縫、反光鏡、棱鏡、中階梯光柵、準(zhǔn)直鏡形成二維光譜，譜線以光斑形式落在540×540個像素的CID檢測器上，每個光斑覆蓋幾個像素，光譜儀通過測量落在像素上的光量子數(shù)來測量元素濃度，然后光量子數(shù)信號通過電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過電腦顯示和打印機(jī)打印出結(jié)果。基于上述工作原理，本文以四酸溶礦分解試樣，然后運(yùn)用ICP方法以及電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對試樣中的不同金屬進(jìn)行測定。

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)所需的材料包括溶液、標(biāo)準(zhǔn)儲備液、高純水、消化用試劑，所需的儀器設(shè)備為電感耦合等離子發(fā)射光譜儀。高純水作為實(shí)驗(yàn)過程的常用水，溶液可以采用國家的標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)儲備液由銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等7種元素構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)儲備液的濃度為1mg/mL，電感耦合等離子發(fā)射光譜儀選擇美國熱電電感耦合等離子體光譜儀iCAP 6300，iCAP 6300設(shè)計緊湊、運(yùn)行成本低，更容易操作，可以滿足是當(dāng)今很多實(shí)驗(yàn)室對儀器的關(guān)鍵要求。iCAP 6300采用最先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計和軟件模擬技術(shù)使工程師開發(fā)出了獨(dú)特革命性的超時代儀器，其體積小而性能極高，先進(jìn)的設(shè)計保證其優(yōu)異的穩(wěn)定性和靈敏度，是常規(guī)分析的最佳選擇，而同時也具有分析的靈活性，可以有效地應(yīng)對各種分析要求的變化和條件的變化。iCAP 6300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀的工作參數(shù)如表1所示。

1.2 試樣預(yù)處理

在運(yùn)用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對試樣中的多種金屬進(jìn)行測定時，首先，需要對試樣進(jìn)行預(yù)處理操作，處理流程如下：首先稱取0.1g的樣本并將其放置到聚四氟乙烯燒杯容器中，然后向燒杯中添加5mL的鹽酸與2ml的硝酸，將整個燒杯放置到控溫電熱板上，啟動電熱板對燒杯進(jìn)行加熱，其加熱溫度控制為110℃并加熱1h；接著向燒杯中添加20mL的氫氟酸以及1mL的高氯酸，繼續(xù)用控溫電熱板對燒杯加熱，溫度仍然控制在110℃，加溫時長延長至2h，然后調(diào)節(jié)電熱板使其溫度不斷上升，在溫度到達(dá)130℃時持續(xù)加熱約2h，繼續(xù)調(diào)節(jié)電熱板使其升溫，直到電熱板的溫度達(dá)到180℃左右則停止加熱，以徹底清除出燒杯中的高氯酸。待整個燒杯冷卻下來后需要向燒杯中注入5mL的王水以及少量的高純水，再次運(yùn)用控溫電熱板對燒杯進(jìn)行加熱，使得燒杯中的所有物質(zhì)全部溶解后關(guān)閉電熱板，自然環(huán)境下待其冷卻，然后將溶解后的物質(zhì)進(jìn)行過濾，并加水對其稀釋使得水與過濾物的總?cè)萘窟_(dá)到100mL，對稀釋溶液進(jìn)行攪拌使得其濃度均衡，此時試樣處理完成。此外，按照同樣的條件配置試劑空白，處理加標(biāo)溶液，用于后期測定回收率，詳細(xì)步驟此處不再贅述。

2 ICP實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試樣測試結(jié)果

運(yùn)用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對試樣進(jìn)行多金屬測定，儀器測定的輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每種金屬元素的分析譜線多達(dá)數(shù)十條，對于同一種金屬元素，采用不同的譜線對其加以測定與分析，由于同一金屬元素的譜線之間以及不同金屬元素的譜線之間存在干擾性，導(dǎo)致最終測定的結(jié)果存在較大的差異。針對這一問題，本實(shí)驗(yàn)首先對同一種金屬元素的多條譜線形狀進(jìn)行分析，輔之以譜線的強(qiáng)度、背景強(qiáng)度、信噪比等作為參考依據(jù)，最終擇定的每種金屬元素的最佳譜線波長分別為：銅324.754nm、鉛220.353nm、鋅206.2nm、鎢239.709nm、鉬202.03nm、鈷227.616nm、鎳231.604nm。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件下，多金屬礦標(biāo)準(zhǔn)樣本總共有3個，分別對其含量進(jìn)行測定，測定結(jié)果如下：1號樣本中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的含量分別為1.34%、0.033%、0.18%、0.0064%、0.065%、0.16%、1.53%；2號樣本的金屬含量分別為0.71%、0.072%、0.093%、0.065%、0.045%、0.28%、1.06%；3號樣本的金屬含量分別為0.2%、1.25%、2.5%、0.0014%、0.025%、0.0068%、0.00094%。

2.2 回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從上述的3個樣本中隨機(jī)抽取兩個樣本 （1號樣本與2號樣本），每個樣本稱取兩份，一份中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，另一份中不添加任何其他的溶液試劑，將兩份樣本按照相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及相同的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行處理與含量測定，計算金屬回收率，以1號樣本為例，其加入標(biāo)準(zhǔn)溶液后的銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的回收率分別為98.5%、98.7%、97.3%、98.6%、98.2%、97.9%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本次實(shí)驗(yàn)中所擇定的銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的譜線均可以有效避免同一元素以及元素之間的光譜干擾性，可以作為金屬元素分析譜線。在回收實(shí)驗(yàn)中，為了減少或者消除光譜干擾、化學(xué)干擾等多種干擾。值得注意的是，由于等離子體的溫度相對較高，因此，在對多金屬進(jìn)行ICP分析與測定時化學(xué)干擾相對較少，主要的干擾包括因表面粘度與張力而導(dǎo)致霧化器提升效率的差異進(jìn)而誘發(fā)的物理干擾以及多種金屬元素之間的光譜干擾；本次試驗(yàn)采用基體匹配法對物理干擾現(xiàn)象進(jìn)行消除，采用回收實(shí)驗(yàn)判定最佳分析譜線，并通過改變擇定的波長以及對樣品的濃度進(jìn)行稀釋來降低或消除光譜干擾問題。

2.3 檢出限與精密度

本實(shí)驗(yàn)采用配置好的空白溶液以及兩個混合標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制校準(zhǔn)曲線，以三倍標(biāo)準(zhǔn)差計算方法檢出限，銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的檢出限分別為0.0018、0.0015、0.0023、0.0053、0.0061、0.0045、0.0048。為驗(yàn)證本次實(shí)驗(yàn)的精度，對用一個多金屬礦樣本進(jìn)行連續(xù)重復(fù)測定，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)后計算不同次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果偏差，銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的測定精密度分別為0.61%、0.73%、0.66%、1.86%、1.97%、2.12%、2.75%，計算結(jié)果表明，運(yùn)用ICP方法可以精準(zhǔn)測定多金屬礦中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等七種金屬的含量。

3 結(jié)語

本文運(yùn)用ICP方法以及電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對不同組多金屬礦中的金屬元素進(jìn)行測定，通過對其測定結(jié)果進(jìn)行精度分析，驗(yàn)證ICP測定方法在同時測定多金屬元素方面的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明運(yùn)用ICP方法可以精準(zhǔn)測定多金屬礦中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等七種金屬的含量，具有操作方便簡單的特性。